Seit der Jahrhundertwende hat sich die Weltraumforschung dank des beispiellosen Aufstiegs der kommerziellen Luft- und Raumfahrt (auch bekannt als NewSpace) dramatisch verändert. Mit dem Ziel, neue Technologien zu nutzen und die Kosten für den Start von Nutzlasten in den Weltraum zu senken, werden einige wirklich innovative und neuartige Ideen vorgestellt. Dies beinhaltet die Idee, mit Ballons Raketen in sehr große Höhen zu transportieren und dann die Nutzlasten auf die gewünschten Umlaufbahnen abzufeuern.
Dieses Konzept, auch als „Rockoons“ bekannt, hat das vollständig autonome und vollständig wiederverwendbare Startsystem von Leo Aerospace informiert, das aus einem Höhenaerostat (Ballon) und einer Raketenstartplattform besteht. Mit den ersten kommerziellen Markteinführungen für das nächste Jahr plant das Unternehmen, dieses System zu nutzen, um in den kommenden Jahren regelmäßige Markteinführungsdienste für den Mikrosatellitenmarkt (auch bekannt als CubeSat) bereitzustellen.
Das Konzept des Rockoon ist eines von vielen Luftstartsystemen, die seit Beginn des Weltraumzeitalters untersucht und validiert wurden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Raketen, die auf große Mengen Treibmittel angewiesen sind, um die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen und Nutzlasten in die Umlaufbahn zu befördern, setzen Luftstartsysteme auf die vergleichsweise kostengünstige Methode, eine Nutzlast in große Höhen zu transportieren, wo sie dann nach Low Earth geschickt werden kann Umlaufbahn (LEO).
Dies reduziert die Menge des benötigten Treibmittels, beinhaltet aber auch das Abfeuern einer Rakete aus Höhen, in denen der Luftwiderstand geringer ist und weniger Kraft benötigt wird, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen. All dies ermöglicht den Einsatz von viel kleineren und leichteren Trägerraketen, was zu erheblich geringeren Kosten führt. Diese Methode ist besonders effektiv, wenn es um kleine Nutzlasten wie Mikrosatelliten geht, die immer häufiger eingesetzt werden.
Heutzutage umfassen die meisten Luftstartsysteme, die verfolgt werden, Flugzeuge, die Raketen oder Raumfahrzeuge mit Raketenmotoren in die Höhe bringen - wie das SpaceShipTwo von Virgin Galactic, das LauncherOne von Virgin Orbit oder das Luftfahrtunternehmen Stratolaunch. Das in Los Angeles ansässige Unternehmen Leo Aerospace untersuchte jedoch die ebenso gültige Methode, sich auf eine LTA-Plattform (Light-than-Air) zu verlassen, um Nutzlasten in den Weltraum zu bringen.
Wie Dane Rudy, Mitbegründer und CEO von Leo Aerospace, dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Aus physikalischer Sicht erster Ordnung ist der Ballonstart eine sehr elegante Lösung für einen effizienten und kostengünstigen Start kleiner Nutzlasten. Darüber hinaus reduziert diese Architektur den Umfang der erforderlichen Startinfrastruktur erheblich und ermöglicht eine vollständig mobile Lösung. “
Die zentralen Komponenten dieses Startsystems sind die Regulus Orbital-Startplattform und die Orbital-Rakete. Die Regulus-Plattform bietet eine autonome Flugsteuerung über eine Reihe von Brennern (die sicherstellen, dass der Aerostat schwimmfähig bleibt) und ein Rotationssteuersystem aus Biotreibstoff-Triebwerken, die alle an einem isolierten Körper aus Verbundmaterial montiert sind.
Die Orbitalrakete ist eine dreistufige Miniatur-Trägerrakete, die über einen Aktuator und eine Startschiene an der Plattform befestigt ist. Sobald der Aerostat eine Einsatzhöhe von 18.000 Metern erreicht, startet die Rakete und befördert die Nutzlast in die gewünschte Umlaufbahn. Laut der Seite mit den Missionsprofilen des Unternehmens kann das System mehrere Arten von Lieferungen in verschiedene Höhen durchführen.
"Die Entwicklungs- und Produktionskosten eines Ballonsystems sind um Größenordnungen geringer als bei Verwendung eines Flugzeugs", sagte Rudy. „Im Vergleich zu anderen Ballonsystemen, die Hebegas verwenden, ist unsere Heißluftarchitektur vollständig und schnell wiederverwendbar. Wir können Dutzende von Starts mit einem einzigen System durchführen, bevor Renovierungsarbeiten erforderlich sind. “
Diese reichen von suborbitalen Missionen - bei denen Nutzlasten in Höhen über 100 km (62 mi) gesendet werden - bis zu Orbitalmissionen, bei denen CubeSats in eine sonnensynchrone Umlaufbahn (SSO) von 550 km (340 mi) gesendet wird. Eine weitere Möglichkeit, die sie mit Sicherheit erwähnen werden, ist die Lieferung von humanitärer Hilfe oder Notfallkommunikationsausrüstung an abgelegene Regionen, die für Starrflügelflugzeuge, Drohnen oder andere Luftfahrzeuge nicht zugänglich sind.
Das Unternehmen plant außerdem die Integration von Segelflugzeugen und Drohnen, die von ihren Aerostaten aus eingesetzt werden können, und bietet damit andere Missionsprofile wie Drohnenüberwachung, wissenschaftliche Experimente und Kommunikationsdienste. Das Startsystem ist nicht nur ein kostengünstigeres Mittel, um kleine Nutzlasten in die Umlaufbahn zu bringen, sondern hat auch den Vorteil, dass es sehr kompakt ist.
Aus diesem Grund können Rakete, Aerostat und Maschinen, die zum Aufblasen benötigt werden, in einen Standard-Versandbehälter gegeben, auf einen Sattelschlepper verladen und dann dorthin verschickt werden, wo sie benötigt werden. Die Anhängerkabine dient auch als erste Kommunikationsstation für den Start. Dieses Maß an Mobilität und Flexibilität ist eines der Merkmale, die Aerostat-Plattformen bei der Bereitstellung von Nothilfe- und Hilfsdiensten effektiv machen könnten. Wie Rudy sagte:
„Wir beginnen, viele verschiedene Anwendungsfälle für die wiederverwendbare und autonome Aerostat-Plattform aufzudecken, die wir entwickeln. Es ist vollständig mobil und passt in einen Standard-Versandbehälter, wodurch es einfach zu transportieren und zu lagern ist. Darüber hinaus ist es einfach zu bedienen und unglaublich robust. Im Gegensatz zum Heben von Gasballons kann unser System immer noch mit einem Loch von der Größe eines Autos im Ballonmaterial betrieben werden. Unsere Mitarbeiter freuen sich, diese Funktionen nutzen zu können, um schnell Sensorsuiten in Katastrophengebieten nach dem Hurrikan einzusetzen oder Nothilfe an schwer erreichbaren Orten bereitzustellen. Es war unglaublich, mit Gruppen wie dem Zweig Army Space und High-Altitude Experiments zusammenzuarbeiten, um eine solche Reihe von Problemfällen zu identifizieren und zu lösen. “
All dies bringt Unternehmen wie Leo Aerospace und andere, die Konzepte verfolgen, die leichter als Luft sind, dazu, das Wachstum des Satellitenmarktes zu nutzen. Zwischen der Verbreitung von Mikrosatelliten (auch bekannt als CubeSats) und dem Aufkommen von Startdiensten für leichte Nutzlasten (wie Rocketlab und Virgin Orbit) wird erwartet, dass dieser Markt in den kommenden Jahren explodieren wird.
Was Leo Aerospace jedoch auszeichnet, ist die Art und Weise, wie sie sich auf die Lieferung von Satelliten mit einem Gewicht von weniger als 25 kg konzentrieren. Wie Rudy erklärte, gibt es noch keine spezielle Lösung für Mikrosatelliten, die in diesen Bereich fallen. In der Regel sind CubeSats gezwungen, auf Startraketen mitzufahren, wo sie neben schwereren Nutzlasten freien Speicherplatz beanspruchen.
Dies ist etwas, das Rudy und seine Kollegen zu beheben hoffen:
„Dies ist besonders überraschend, da fast die Hälfte aller Satelliten in den nächsten 10 Jahren voraussichtlich in dieses Segment fallen wird. Wir haben hart daran gearbeitet, einen First-Mover-Vorteil im 25-kg-Segment zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Wir haben die umfangreichsten Operationen und Tests unseres Fahrzeugs durchgeführt. Darüber hinaus sind wir aufgrund unserer engen Beziehung zur FAA und der aktiven Mitgliedschaft in der Commercial Spaceflight Federation am weitesten in der Regulierungsarbeit. Schließlich ist unser System darauf zugeschnitten, den von unseren Kunden benötigten dedizierten Start zu liefern, und zwar mit einer Frequenz, die hoch genug ist, um die unglaubliche Nachfrage zu befriedigen. “
Bis Ende 2018 hatte das Unternehmen eine Starttestkampagne erfolgreich abgeschlossen und sich die Finanzierung durch die National Science Foundation und eine Risikokapitalgesellschaft gesichert. Im Jahr 2020 hoffen sie, ihre Plattform durch die Durchführung ihres ersten Fluges vollständig flugqualifizieren zu können, worauf kommerzielle Operationen und möglicherweise sogar Verträge mit der NASA folgen werden.
"Diese kommerziellen Aktivitäten werden unser Eintritt in den 2,6 Milliarden US-Dollar teuren Markt für Plattformplattformdienste mit einer Reihe von Zivil-, Verteidigungs- und Handelskunden sein", sagte Rudy. „Wir haben mit der NASA JPL zusammengearbeitet, um verschiedene Anwendungsfälle zu untersuchen. Ein Beispiel ist das Tragen von Mars-Einstiegsfahrzeugen in die obere Atmosphäre hier auf der Erde und das Ablegen, um Daten zu sammeln und die aerodynamische Leistung zu testen. “
Von den bescheidenen Anfängen an hat die vollständige Kommerzialisierung des Weltraums in den letzten Jahren sprunghafte Fortschritte gemacht. Zwischen sinkenden Startkosten, der Entwicklung kleinerer Nutzlasten und dem Aufstieg kommerzieller Startanbieter, die kleinere Nutzlasten aufnehmen können, dürfte Low Earth Orbit (LEO) in naher Zukunft ein sehr geschäftiger Ort werden!
